KR20200102781A - 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기 Download PDF

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KR20200102781A
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Abstract

본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 코일과, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 코일에 출력하는 풀 브릿지부와, 파워 공급장치로부터 입력되는 다양한 레벨의 전압을 일정한 레벨의 동작 전압으로 강압하여 동작 전압을 출력하는 전압 강압부와, 전압 강압부로부터의 동작 전압에 기초하여 동작하며, 풀 브릿지부에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 전력 손실을 저감하면서 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.

Description

무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기{Wireless power transmitting apparatus and electronic apparatus including the same}
본 발명은 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 전력 손실을 저감하면서 무선 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
무선 전력 전송 장치는, 무선으로 전력 전송을 하기 위한 장치이다.
한편, 무선 전력 전송 장치는, 유도 결합 방식 또는 공진 결합 방식으로 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
한편, 무선 전력 전송 장치가, 외부로부터 일정한 레벨의 전원을 수신하고, 이를 이용하여, 무선 전력을 전송하는 경우, 무선 전력 전송을 위해, 내부에, 일정한 레벨의 전원을 승압하는 별도의 컨버터 등이 필요하게 된다.
특히, 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 도달하기 위해, dc/dc 컨버터에서 전력 변환을 별도로 수행한 후, 전력 변환된 전원을 이용하여, 무선 전력을 수행하여야 한다.
그러나, 이러한 컨버터를 이용하는 경우, 전력 효율 손실이 발생하는 등의 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 전력 손실을 저감하면서 무선 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 다양한 레벨의 전원을 이용하여 무선 전력을 전송할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 풀 브릿지부에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명의 다른 목적은, 외부의 파워 공급장치에서 출력되는 전압의 레벨을 조절할 수 있는 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 코일과, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 코일에 출력하는 풀 브릿지부와, 파워 공급장치로부터 입력되는 다양한 레벨의 전압을 일정한 레벨의 동작 전압으로 강압하여 동작 전압을 출력하는 전압 강압부와, 전압 강압부로부터의 동작 전압에 기초하여 동작하며, 풀 브릿지부에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 풀 브릿지부에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치로, 제2 레벨의 전압 요청을 전송할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치로부터 제1 레벨 보다 높은 제2 레벨의 전원을 수신하고, 풀 브릿지부는, 제2 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력하며, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 이하인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 높은 제2 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 큰 제2 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력하며, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 초과인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제3 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 낮은 제3 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 풀 브릿지부에서 출력되는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 출력 전류에 기초하여, 무선 전송 전력을 연산할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 풀 브릿지부에 입력되는 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 검출되는 입력 전압의 레벨에 따라, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 외부의 무선 전력 수신 장치로부터 출력되는 무선 전송 전력 정보 또는 목표 전력 정보를 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 코일과, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 코일에 출력하는 풀 브릿지부와, 풀 브릿지부에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하며, 제어부는, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 풀 브릿지부에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치로, 제2 레벨의 전압 요청을 전송할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치로부터 제1 레벨 보다 높은 제2 레벨의 전원을 수신하고, 풀 브릿지부는, 제2 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력하며, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 이하인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 높은 제2 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 큰 제2 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력하며, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 초과인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제3 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 낮은 제3 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 코일과, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 코일에 출력하는 풀 브릿지부와, 파워 공급장치로부터 입력되는 다양한 레벨의 전압을 일정한 레벨의 동작 전압으로 강압하여 동작 전압을 출력하는 전압 강압부와, 전압 강압부로부터의 동작 전압에 기초하여 동작하며, 풀 브릿지부에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 전력 손실을 저감하면서 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 풀 브릿지부에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치로, 제2 레벨의 전압 요청을 전송할 수 있다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치에서 출력되는 전압의 레벨을 조절할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치로부터 제1 레벨 보다 높은 제2 레벨의 전원을 수신하고, 풀 브릿지부는, 제2 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력하며, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 이하인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 높은 제2 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 큰 제2 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력하며, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 초과인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제3 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 낮은 제3 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 풀 브릿지부에서 출력되는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 전송 장치에서 출력되는 무선 전력을 연산할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 풀 브릿지부에 입력되는 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 전송 장치에 입력되는 전력을 연산할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 검출되는 입력 전압의 레벨에 따라, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 외부의 무선 전력 수신 장치로부터 출력되는 무선 전송 전력 정보 또는 목표 전력 정보를 수신하는 통신부를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 코일과, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 코일에 출력하는 풀 브릿지부와, 풀 브릿지부에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하며, 제어부는, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 풀 브릿지부에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치로, 제2 레벨의 전압 요청을 전송할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치 및 이를 구비하는 전자 기기는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치로부터 제1 레벨 보다 높은 제2 레벨의 전원을 수신하고, 풀 브릿지부는, 제2 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력하며, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 이하인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 높은 제2 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 큰 제2 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치의 제어부는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력하며, 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 초과인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제3 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 낮은 제3 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부에 출력할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시에에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명과 관련된 무선 전력 전송장치의 일예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 일예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 일예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 도 6의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9a 내지 도 9b는 도 8의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 기술하는 전자 기기는, 무선 전력 전송 장치를 구비하는 기기로서, 예를 들어, 영상표시장치, 노트북, 이동 단말기, 차량, 드론, 로봇, 로봇 청소기, 홈 어플라이언스, 각종 센서 등을 포함하는 개념일 수 있다. 여기서, 홈 어플라이언스는, 청소기, 헤어 드라이기, 선풍기, 세탁기, 공기청정기, 에어컨, 정수기, 냉장고, 건조기 등의 홈 어플라이언스 등을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템(10)은, 무선 전력 전송 장치(100), 무선 전력 전송 장치(100)로 유선 등에 의해 파워를 공급하는 외부의 파워 공급장치(300a), 및 무선 전력 전송 장치(100)에 의해 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다.
도면에서는, 무선 전력 수신 장치(200)의 일예로, 이동 단말기를 예시하나, 다양한 전자 기기가 가능하다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 유도 결합 방식 또는 공진 결합 방식으로 무선 전력 수신 장치에 무선으로 전력을 전송할 수 있다.
유도 결합 방식(Inductive Coupling) 방식은, 인접한 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면 그 전류에 의해 자기장이 변하고, 이로 인하여 2차 코일(coil)을 지나는 자속이 변하게 되어 2차 코일(coil)측에 유도 기전력이 생기게 되는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 두 개 도선을 공간적으로 움직이지 않고도 두 개 코일(coil)을 근접시킨 채 1차 코일(coil)의 전류만 변화시키면 유도 기전력이 생기게 된다.
공진 결합(Resonance Coupling) 방식은, 일정 거리가 떨어진 두 개의 코일(coil) 중 1차 코일(coil)에 공진 주파수(Resonance Frequncy)를 인가하여 발생한 자기장 변화량 중 일부가 동일한 공진 주파수의 2차 코일(coil)에 인가되어 2차 코일(coil)에서 유도 기전력이 발생되는 원리를 이용한다. 즉, 이 방식에 따르면, 송수신 장치가 각각 동일 주파수로 공진하는 경우, 전자파가 근거리 전자장을 통해 전달되게 되므로, 주파수가 다르면 에너지 전달이 없게 된다.
무선 전력 전송 장치(100)는, 전력을 무선 전력 신호(wireless power signal)로 변환하여, 무선 전력 수신 장치에 전달할 수 있다. 무선 전력 전송 장치(100)에 의해 전달되는 무선 전력 신호는, 진동(oscillation)하는 특성을 가진 자기장(magnetic field) 또는 전자기장(electro-magnetic field)의 형태로 형성된다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 내부의 전송 코일(CLt)을 이용하여, 무선 전력을 전송하며, 무선 전력 수신 장치(200)는, 내부의 수신 코일(CLr)을 이용하여 무선 전력을 수신할 수 있다.
한편, 파워 공급장치(300a)는, 복수의 레벨의 전원을 출력할 수 있다.
예를 들어, 파워 공급장치(300a)는, 제1 레벨의 직류 전압, 제2 레벨의 직류 전압, 제3 레벨의 직류 전압, 제4 레벨의 직류 전압 등을 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 파워 공급장치(300a)는, USB 3.1의 Power Delivery를 지원하는 장치로서, 출력 전압을 5V, 9V, 15V, 20V 등으로 구분하여 출력할 수 있다.
한편, 파워 공급장치(300a)는, 케이블(CABa)을 통해, 무선 전력 전송 장치(100)로 다양한 레벨의 전압을 출력하며, 케이블(CABa)을 통해, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 제어 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, 파워 공급장치(300a)는, 케이블(CABa)을 통해, 복수의 레벨 전압 중 특정 레벨의 전압 요청을, 수신할 수 있다.
다른 예로, 파워 공급장치(300a)는, 케이블(CABa)을 통해, 전압 출력 중지 요청을, 수신할 수도 있다.
한편, 도면에서는, 외부의 파워 공급장치(300a)로, 노트북을 예시하나, 이와 달리 다양한 변형이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 외부의 파워 공급장치(300a)로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여, 코일(CLt)을 통해, 무선 전력을 전송할 수 있다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치(300a)로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 전력 손실을 저감하면서 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 파워 공급장치(300a)로부터 입력되는 다양한 레벨의 전압을 일정한 레벨의 동작 전압(Vop)으로 강압하여 동작 전압(Vop)을 출력하는 전압 강압부(130)와, 전압 강압부(130)로부터의 동작 전압(Vop)에 기초하여 동작하며, 풀 브릿지부(120)에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부(170)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 전력 손실을 저감하면서 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)의 제어부(170)는, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 풀 브릿지부(120)에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 코일(CLt)과, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치(300a)로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 코일(CLt)에 출력하는 풀 브릿지부(120)와, 풀 브릿지부(120)에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부(170)를 포함하며, 제어부(170)는, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 풀 브릿지부(120)에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시에에 따른 무선 전력 송수신 시스템을 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 무선 전력 송수신 시스템(20)은, 무선 전력 전송 장치(100), 무선 전력 전송 장치(100)로 유선 등에 의해 파워를 공급하는 외부의 파워 공급장치(300b), 및 무선 전력 전송 장치(100)에 의해 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치(200)를 포함할 수 있다.
도 2의 무선 전력 송수신 시스템(20)은, 도 1의 무선 전력 송수신 시스템(10)과 달리, 외부의 파워 공급장치(300b)가 내부의 컨버터 등을 구비하여, 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 다양한 레벨의 직류 전압을 출력하는 데에 그 차이가 있다.
즉, 도 2의 외부의 파워 공급장치(300b)는, USB 3.1의 Power Delivery를 지원하는 장치로서, 출력 전압을 5V, 9V, 15V, 20V 등으로 구분하여 출력할 수 있다.
한편, 파워 공급장치(300b)는, 케이블(CABb)을 통해, 무선 전력 전송 장치(100)로 다양한 레벨의 전압을 출력하며, 케이블(CABb)을 통해, 무선 전력 전송 장치(100)로부터 제어 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, 파워 공급장치(300b)는, 케이블(CABb)을 통해, 복수의 레벨 전압 중 특정 레벨의 전압 요청을, 수신할 수 있다.
다른 예로, 파워 공급장치(300b)는, 케이블(CABb)을 통해, 전압 출력 중지 요청을, 수신할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 외부의 파워 공급장치(300b)로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여, 코일(CLt)을 통해, 무선 전력을 전송할 수 있다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치(300b)로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 전력 손실을 저감하면서 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 파워 공급장치(300b)로부터 입력되는 다양한 레벨의 전압을 일정한 레벨의 동작 전압(Vop)으로 강압하여 동작 전압(Vop)을 출력하는 전압 강압부(130)와, 전압 강압부(130)로부터의 동작 전압(Vop)에 기초하여 동작하며, 풀 브릿지부(120)에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부(170)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치(300b)로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 전력 손실을 저감하면서 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)의 제어부(170)는, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 풀 브릿지부(120)에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 코일(CLt)과, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치(300b)로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 코일(CLt)에 출력하는 풀 브릿지부(120)와, 풀 브릿지부(120)에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부(170)를 포함하며, 제어부(170)는, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 풀 브릿지부(120)에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명과 관련된 무선 전력 전송장치의 일예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 3의 무선 전력 전송장치(100x)는, 파워 공급장치((300x)로부터 입력되는 전압(Vx)의 레벨을 변환하는 dc/dc 컨버터(110x)와, 복수의 스위칭 소자를 구비하며, 레벨을 변환된 직류 전압을 이용한 스위칭을 수행하는 풀 브릿지부(120x)와, 풀 브릿지부(120x)를 제어하는 제어부(170x)를 구비할 수 있다.
이러한 방식에 의하면, 무선 전력 수신 장치 내의 수신 코일(CLr)로, 코일(CLt)를 통해, 무선 전력을 전송할 수 있다.
그러나, 무선 전력을 수신하는 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 도달하기 위해, dc/dc 컨버터(110x)에서 전력 변환을 별도로 수행한 후, 전력 변환된 전원을 이용하여, 무선 전력을 수행하여야 한다.
그러나, 이러한 dc/dc 컨버터(110x)를 이용하는 경우, 전력 효율 손실이 발생하는 등의 문제가 있다.
이에 본 발명에서는, 전력 효율 손실 저감을 위해, 외부의 파워 공급장치로부터의 입력 전압을 그대로 이용하여, 무선 전력을 전송하는 방안을 제시한다. 이에 대해서는 도 4 이하를 참조하여 기술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 일예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치(100)는, 코일(CLt)과, 풀 브릿지부(120)와, 전압 강압부(130)와, 제어부(170)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치(100)는, 입력 전압 검출부(A)와, 출력 전류 검출부(E)를 구비할 수 있다.
전압 강압부(130)는, 다양한 레벨의 전압을 일정한 레벨의 동작 전압(Vop)으로 강압하여 동작 전압(Vop)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 다양한 레벨의 전압을 3.3V의 일정 전압으로 변환하여, 제어부(170)에 출력할 수 있다. 이에 따라, 제어부(170)는, 일정 전압에 기초하여, 동작하게 된다.
입력 전압 검출부(A)는, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 입력 전압(Vin)을 검출할 수 있다. 이를 위하여, 입력 전압 검출부(A)는 저항 소자, 증폭기 등을 포함할 수 있다. 검출되는 입력 전압(Vin)은, 펄스 형태의 이산 신호(diocrete signal)로서, 제어부(170)에 입력될 수 있다.
출력 전류 검출부(E)는, 풀 브릿지부(120)에서 출력되는 출력 전류(io)를 검출할 수 있다. 이를 위하여, 출력 전류 검출부(E)로, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다. 검출되는 출력 전류(io)는, 펄스 형태의 이산 신호(diocrete signal)로서, 제어부(170)에 입력될 수 있다.
풀 브릿지부(120)는, 복수개의 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 전압을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여, 코일(CLt)에 출력할 수 있다.
풀 브릿지부(120)는, 각각 서로 직렬 연결되는 상측 스위칭 소자(S1,S2) 및 하측 스위칭 소자(S3,S4)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하측 스위칭 소자가 서로 병렬(S1&S3,S2&S4)로 연결된다. 각 스위칭 소자(S1,S2,S3,S4)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
풀 브릿지부(120) 내의 스위칭 소자들은 제어부(170)로부터의 스위칭 제어신호(Scc)에 기초하여 각 스위칭 소자들의 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 코일(CLt)에 출력되게 된다.
제어부(170)는, 센서리스 방식을 기반으로, 풀 브릿지부(120)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(170)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)를 입력받을 수 있다.
제어부(170)는, 풀 브릿지부(120)의 스위칭 동작을 제어하기 위해, 스위칭 제어신호(Scc)를 풀 브릿지부(120)에 출력한다. 스위칭 제어신호(Scc)는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 스위칭 제어신호로서, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)을 기초로 생성되어 출력된다.
특히, 제어부(170)는, 출력전류 검출부(E)에서 검출되는 출력전류(io)에 기초하여, 전송되는 무선 전력의 전력량을 연산할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 입력 전압 검출부(A)에서 검출되는 입력 전압(Vin)에 기초하여, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 전력량을 연산할 수 있다.
한편, 풀 브릿지부(120)는, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 코일(CLt)에 출력할 수 있다.
특히, 풀 브릿지부(120)는, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 스위칭을 수행할 수 있다.
예를 들어, 외부의 파워 공급장치(300)는, USB 3.1의 Power Delivery를 지원하는 장치로서, 출력 전압을 5V, 9V, 15V, 20V 등으로 구분하여 출력할 수 있다.
예를 들어, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 5V의 전압이 입력되는 경우, 풀 브릿지부(120)는, 5V의 전압을 그대로 이용하여, 스위칭을 수행할 수 있다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 전원을 그대로 이용하여, 전력 손실을 저감하면서 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 제어부(170)는, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 풀 브릿지부(120)에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 제어부(170)는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)에 출력하며, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 이하인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 높은 제2 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 큰 제2 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)에 출력할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 제어부(170)는, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)에 출력하며, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 초과인 경우, 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제3 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 낮은 제3 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)에 출력할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
예를 들어, 무선 전송 전력이 목표 전력 보다 작아, 무선 전송 전력량을 증가시켜야 하는 경우, 제어부(170)는, 공진 주파수에 근접하도록 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 즉, 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다. 이때, 무선 전송 전력과 목표 전력의 차이가 클수록, 스위칭 주파수는 커질 수 있다.
다른 예로, 무선 전송 전력이 목표 전력 보다 높아, 무선 전송 전력량을 감소시켜야 하는 경우, 제어부(170)는, 공진 주파수에 멀어지도록 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 즉, 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다. 이때, 무선 전송 전력과 목표 전력의 차이가 클수록, 스위칭 주파수는 작아질 수 있다.
한편, 무선 전송 전력이 목표 전력 보다 작아, 무선 전송 전력량을 증가시켜야 하는 경우, 제어부(170)는, 스위칭 제어 신호(Scc)의 듀티를 증가시킬 수 있다. 이때, 무선 전송 전력과 목표 전력의 차이가 클수록, 스위칭 제어 신호(Scc)의 듀티는 커질 수 있다.
한편, 무선 전송 전력이 목표 전력 보다 높아, 무선 전송 전력량을 감소시켜야 하는 경우, 제어부(170)는, 스위칭 제어 신호(Scc)의 듀티를 감소시킬 수 있다. 이때, 무선 전송 전력과 목표 전력의 차이가 클수록, 스위칭 제어 신호(Scc)의 듀티수는 작아질 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치(300)로, 제2 레벨의 전압 요청을 전송하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치(300)에서 출력되는 전압의 레벨을 조절할 수 있게 된다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치(300)로부터 제1 레벨 보다 높은 제2 레벨의 전원을 수신하고, 풀 브릿지부(120)는, 제2 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 제어부(170)는, 검출되는 입력 전압(Vin)의 레벨에 따라, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
예를 들어, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 목표 전력이 10W인 경우, 제어부(170)는, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 5V의 전압이 인가되는 중에, 11V의 전압 요청을 전송하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 풀 브릿지부(120)는, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 수신되는 11V의 전압을 그대로 이용한 스위칭을 통해, 무선 전력을 전송할 수 있다.
이때, 전송되는 무선 전력이 목표 전력과 차이가 있는 경우, 제어부(170)는, 11V의 전압 인가 중에, 스위칭 주파수 또는 듀티를 가변하여, 목표 전력에 도달하도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 목표 전력이 15W인 경우, 제어부(170)는, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 11V의 전압이 인가되는 중에, 13V의 전압 요청을 전송하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 풀 브릿지부(120)는, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 수신되는 13V의 전압을 그대로 이용한 스위칭을 통해, 무선 전력을 전송할 수 있다.
이때, 전송되는 무선 전력이 목표 전력과 차이가 있는 경우, 제어부(170)는, 13V의 전압 인가 중에, 스위칭 주파수 또는 듀티를 가변하여, 목표 전력에 도달하도록 제어할 수 있다.
한편, 외부의 파워 공급장치(300)에서 5V, 9V, 15V, 20V 등으로 구분된 입력 전압이 입력되는 경우, 상기와 같이, 스위칭 주파수 또는 듀티를 가변함으로써, 외부의 파워 공급장치(300)에서 출력되는 레벨의 레인지 보다 훨씬 넓은 레인지인 2 내지 20V의 입력 전압이 인가되는 것과 같은 효과가 발생할 수 있다.
따라서, 도 3의 dc/dc 컨버터(110x) 등이 불필요하게 되며, 따라서, 컨버터(110x)의 미사용으로 인한, 전력 변환 손실이 저감될 수 있게 된다.
한편, 제어부(170)는, 무선 전력 수신 장치에서의 무선 충전량에 따라, 무선 전송 장치(100)에서의 무선 전력 전송이 중지되도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(170)는, 풀 브릿지부(120)의 스위칭이 중지되도록 제어할 수 있다.
나아가, 제어부(170)는, 외부의 파워 공급장치(300)로 전압 출력 중지 요청을, 전송하도록 제어할 수도 있다. 이에 따라, 효율적인 전력 관리가 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 일예를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 도 5의 무선 전력 전송 장치(100b)는, 도 4의 무선 전력 전송 장치(100)와 같이, 코일(CLt)과, 풀 브릿지부(120)와, 전압 강압부(130)와, 제어부(170), 입력 전압 검출부(A)와, 출력 전류 검출부(E)를 포함할 수 있다. 풀 브릿지부(120)와, 전압 강압부(130)와, 제어부(170), 입력 전압 검출부(A)와, 출력 전류 검출부(E) 등의 동작은, 도 4와 동일하며, 도 4를 참조하여 생략한다.
한편, 도 4와 달리, 도 5의 무선 전력 전송 장치(100b)는, 무선 전력 수신 장치와 통신을 수행하는 통신부(180)를 더 구비할 수 있다.
통신부(180)는, 무선 전력 수신 장치로부터 무선 전송 전력 정보 또는 목표 전력 정보를 수신할 수 있다. 특히, 무선 전력 전송 장치(100b)에서 전송되어 무선 전력 수신 장치에 수신된 전력 정보를 수신할 수 있다.
이에 따라, 제어부(170)는, 정확한 무선 전력 전송 정보와 목표 전력을 비교하고, 비교에 기초하여, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 등을 가변할 수 있으며, 나아가, 외부의 파워 공급장치(300)로, 전압 가변 요청을 전송하도록 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이고, 도 7은 도 6의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 무선 전력 전송장치(100) 내의 풀 브릿지부(120)는, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 제1 레벨의 입력 전압을 수신할 수 있다(S610).
한편, 입력 전압 검출부(A)는, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 제1 레벨의 입력 전압을 검출하고, 검출된 정보를 제어부(170)로 전송할 수 있다.
다음, 제어부(170)는, 입력 전압 검출부(A)로부터의 정보에 기초하여, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 제1 레벨의 입력 전압이 입력되는 것으로 판단할 수 있다.
다음, 제어부(170)는, 제1 레벨의 입력 전압에 기초한 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)로 출력할 수 있다(S615).
다음, 제어부(170)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(io)에 기초하여 무선 전송 전력 정보를 연산할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 통신부(180) 등을 통해, 목표 전력 정보를 수신할 수 있다.
다음, 제어부(170)는, 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 지 여부를 판단하고(S625), 해당하는 경우, 풀 브릿지부(120)에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 제어부(170)는, 스위칭 주파수 또는 듀티가 가변된 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)에 출력할 수 있다(S625).
다음, 제어부(170)는, 스위칭 주파수 또는 듀티 가변 이후, 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 지 여부를 다시 판단하고(S630), 해당하는 경우, 파워 공급 장치(300)로 제2 레벨의 전압 전송을 요청할 수 있다(S635).
이에 따라, 파워 공급 장치(300)는, 제2 레벨의 전압을, 무선 전력 전송 장치(100)로 출력할 수 있다.
다음, 무선 전력 전송 장치(100)는, 파워 공급 장치(300)로부터 제2 레벨의 입력 전압을 수신한다(S640).
그리고, 제어부(170)는, 입력 전압 검출부(A)로부터의 정보에 기초하여, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 제2 레벨의 입력 전압이 입력되는 것으로 판단할 수 있다.
다음, 제어부(170)는, 제2 레벨의 입력 전압에 기초한 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)로 출력할 수 있다(S645). 이에 따라, 전력 효율 손실을 저감하면서, 목표 전력에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
도 7의 (a)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 무선 전송 전력 파형(Pm)을 예시하며, 도 7의 (b)는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 파형(fm)을 예시하며, 도 7의 (c)는 무선 전력 전송 장치(100)로 입력되는 입력 전압 파형(Vinm)을 예시한다.
먼저, Ta1 시점에, 제1 레벨의 입력 전압(Vina)이 입력되면, 제어부(170)는, 제1 레벨의 입력 전압에 기초한 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)로 출력할 수 있다. 이때, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수는 도 7의 (b)와 같이, f1에 대응할 수 있다.
이에 따라, Ta1 시점 부터, 무선 전력 전송이 수행되어, 전송되는 무선 전력의 레벨이, 도 7의 (a)와 같이 상승할 수 있다.
도 7의 (a)의 Ta1 시점 부터 Ta2 시점까지, 무선 전송 전력의 레벨은 최대값이 Pka로서, 목표 전력인 Pta 또는 목표 전력(Pta)의 일정 범위 이내(Par)와 차이를 보이게 된다.
이에 따라, 제어부(170)는, 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변하도록 제어할 수 있다.
따라서, Ta2 시점 부터, 제어부(170)는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수가 제1 스위칭 주파수(f1)에서 제2 스위칭 주파수(f2)로 상승하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 무선 전송 전력의 레벨은 상승할 수 있다.
도 7의 (a)의 Ta2 시점 부터 Ta3 시점까지, 무선 전송 전력의 레벨은 최대값이 Pka 보다 큰 Pkb로 증가하나, 목표 전력인 Pta 또는 목표 전력(Pta)의 일정 범위 이내(Par)와 차이를 보이게 된다.
이에 따라, 제어부(170)는, 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급 장치(300)로 제2 레벨의 전압 전송을 요청하도록 제어할 수 있다.
파워 공급 장치(300)는, Ta3 시점 부터, 제2 레벨의 전압을, 무선 전력 전송 장치(100)로 출력할 수 있다.
이에 따라, Ta3 시점 부터, 무선 전력 전송 장치(100)는, 파워 공급 장치(300)로부터 제2 레벨의 입력 전압을 수신할 수 있다.
그리고, 제어부(170)는, 제2 레벨의 입력 전압에 기초한 스위칭 제어 신호를 출력하여, 풀 브릿지부(120)를 동작하도록 제어할 수 있다.
도 7의 (a)에 의하면, Ta3 시점 부터, 무선 전송 전력이 상승하여 대략 Pkc의 레벨을 유지하는 것을 예시한다. 즉, 목표 전력인 Pta 또는 목표 전력(Pta)의 일정 범위 이내(Par)에 근접하게 된다. 따라서, 전력 효율 손실을 저감하면서, 목표 전력에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 전력 전송장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이고, 도 9a 내지 도 9b는 도 8의 동작 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 8을 참조하면, 무선 전력 전송장치(100) 내의 풀 브릿지부(120)는, 복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 제1 레벨의 입력 전압을 수신할 수 있다(S710).
한편, 입력 전압 검출부(A)는, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 입력되는 제1 레벨의 입력 전압을 검출하고, 검출된 정보를 제어부(170)로 전송할 수 있다.
다음, 제어부(170)는, 입력 전압 검출부(A)로부터의 정보에 기초하여, 외부의 파워 공급장치(300)로부터 제1 레벨의 입력 전압이 입력되는 것으로 판단할 수 있다.
다음, 제어부(170)는, 제1 레벨의 입력 전압에 기초하여, 제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)로 출력할 수 있다(S715).
다음, 제어부(170)는, 출력 전류 검출부(E)에서 검출된 출력 전류(io)에 기초하여 무선 전송 전력 정보를 연산할 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 통신부(180) 등을 통해, 목표 전력 정보를 수신할 수 있다.
다음, 제어부(170)는, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 이하인 지 여부를 판단한다(S712).
그리고, 해당하는 경우, 제어부(170)는, 제1 스위칭 주파수 보다 높은 제2 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 큰 제2 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)에 출력할 수 있다(S722).
한편, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 초과인 경우, 제어부(170)는, 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제3 스위칭 주파수 또는 제1 듀티 보다 낮은 제3 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)에 출력할 수 있다(S724).
예를 들어, 무선 전송 전력이 목표 전력 보다 작아, 무선 전송 전력량을 증가시켜야 하는 경우, 제어부(170)는, 공진 주파수에 근접하도록 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 즉, 스위칭 주파수를 증가시킬 수 있다. 이때, 무선 전송 전력과 목표 전력의 차이가 클수록, 스위칭 주파수는 커질 수 있다.
다른 예로, 무선 전송 전력이 목표 전력 보다 높아, 무선 전송 전력량을 감소시켜야 하는 경우, 제어부(170)는, 공진 주파수에 멀어지도록 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 즉, 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다. 이때, 무선 전송 전력과 목표 전력의 차이가 클수록, 스위칭 주파수는 작아질 수 있다.
한편, 무선 전송 전력이 목표 전력 보다 작아, 무선 전송 전력량을 증가시켜야 하는 경우, 제어부(170)는, 스위칭 제어 신호(Scc)의 듀티를 증가시킬 수 있다. 이때, 무선 전송 전력과 목표 전력의 차이가 클수록, 스위칭 제어 신호(Scc)의 듀티는 커질 수 있다.
한편, 무선 전송 전력이 목표 전력 보다 높아, 무선 전송 전력량을 감소시켜야 하는 경우, 제어부(170)는, 스위칭 제어 신호(Scc)의 듀티를 감소시킬 수 있다. 이때, 무선 전송 전력과 목표 전력의 차이가 클수록, 스위칭 제어 신호(Scc)의 듀티수는 작아질 수 있다.
한편, 제어부(170)는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치(300)로, 제2 레벨의 전압 요청을 전송하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 외부의 파워 공급장치(300)에서 출력되는 전압의 레벨을 조절할 수 있게 된다.
한편, 무선 전력 전송 장치(100)는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 코일(CLt)을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 파워 공급장치(300)로부터 제1 레벨 보다 높은 제2 레벨의 전원을 수신하고, 풀 브릿지부(120)는, 제2 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행할 수 있다. 이에 따라, 무선 전력 수신 장치에서 요구하는 무선 전력량에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
도 9a의 (a)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 무선 전송 전력 파형(Pmb)을 예시하며, 도 9a의 (b)는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 파형(fmb)을 예시한다.
먼저, Tb1 시점에, 제1 레벨의 입력 전압(Vina)이 입력되면, 제어부(170)는, 제1 레벨의 입력 전압에 기초한 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)로 출력할 수 있다. 이때, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수는 도 9a의 (b)와 같이, f1에 대응할 수 있다.
이에 따라, Tb1 시점 부터, 무선 전력 전송이 수행되어, 전송되는 무선 전력의 레벨이, 도 9a의 (a)와 같이 상승할 수 있다.
도 9a의 (a)의 Tb1 시점 부터 Tb2 시점까지, 무선 전송 전력의 레벨은 최대값이 Pkb1로서, 목표 전력인 PTa 또는 목표 전력(PTa)의 일정 범위 이내(Par) 보다 작게 된다.
이에 따라, 제어부(170)는, 무선 전송 전력이 목표 전력 이하인 경우, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변하도록 제어할 수 있다.
따라서, Tb2 시점 부터, 제어부(170)는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수가 제1 스위칭 주파수(f1)에서 제2 스위칭 주파수(f2)로 상승하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 무선 전송 전력의 레벨은 상승할 수 있다.
도 9a의 (a)에 의하면, Tb2 시점 부터, 무선 전송 전력이 상승하여 대략 Pkb2의 레벨을 유지하는 것을 예시한다. 즉, 목표 전력인 PTa 또는 목표 전력(PTa)의 일정 범위 이내(Par)에 근접하게 된다. 따라서, 전력 효율 손실을 저감하면서, 목표 전력에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
도 9b의 (a)는, 무선 전력 전송 장치(100)의 무선 전송 전력 파형(Pmc)을 예시하며, 도 9b의 (b)는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 파형(fmc)을 예시한다.
먼저, Tc1 시점에, 제1 레벨의 입력 전압(Vina)이 입력되면, 제어부(170)는, 제1 레벨의 입력 전압에 기초한 스위칭 제어 신호를 풀 브릿지부(120)로 출력할 수 있다. 이때, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수는 도 9b의 (b)와 같이, f1에 대응할 수 있다.
이에 따라, Tc1 시점 부터, 무선 전력 전송이 수행되어, 전송되는 무선 전력의 레벨이, 도 9b의 (a)와 같이 상승할 수 있다.
도 9b의 (a)의 Tc1 시점 부터 Tc2 시점까지, 무선 전송 전력의 레벨은 최대값이 Pkc1로서, 목표 전력인 PTa 또는 목표 전력(PTa)의 일정 범위 이내(Par) 보다 클 수 있다.
이에 따라, 제어부(170)는, 무선 전송 전력이 목표 전력 초과인 경우, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변하도록 제어할 수 있다.
따라서, Tc2 시점 부터, 제어부(170)는, 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수가 제1 스위칭 주파수(f1)에서 제3 스위칭 주파수(f3)로 하강하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 무선 전송 전력의 레벨은 하강할 수 있다.
도 9b의 (a)에 의하면, Tc2 시점 부터, 무선 전송 전력이 하강하여 대략 Pkc2의 레벨을 유지하는 것을 예시한다. 즉, 목표 전력인 PTa 또는 목표 전력(PTa)의 일정 범위 이내(Par)에 근접하게 된다. 따라서, 전력 효율 손실을 저감하면서, 목표 전력에 대응하는 무선 전력을 전송할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 무선 전력 전송 장치의 구동방법 또는 전자 기기의 동작방법은, 무선 전력 전송 장치 또는 전자 기기에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (16)

  1. 코일;
    복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 상기 코일에 출력하는 풀 브릿지부;
    상기 파워 공급장치로부터 입력되는 다양한 레벨의 전압을 일정한 레벨의 동작 전압으로 강압하여 동작 전압을 출력하는 전압 강압부;
    상기 전압 강압부로부터의 동작 전압에 기초하여 동작하며, 상기 풀 브릿지부에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 상기 풀 브릿지부에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 상기 소정치 이상인 경우, 상기 파워 공급장치로, 제2 레벨의 전압 요청을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 상기 소정치 이상인 경우, 상기 파워 공급장치로부터 상기 제1 레벨 보다 높은 제2 레벨의 전원을 수신하고,
    상기 풀 브릿지부는, 상기 제2 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 상기 풀 브릿지부에 출력하며,
    상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 이하인 경우, 상기 제1 스위칭 주파수 보다 높은 제2 스위칭 주파수 또는 상기 제1 듀티 보다 큰 제2 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 상기 풀 브릿지부에 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 상기 풀 브릿지부에 출력하며,
    상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 초과인 경우, 상기 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제3 스위칭 주파수 또는 상기 제1 듀티 보다 낮은 제3 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 상기 풀 브릿지부에 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 풀 브릿지부에서 출력되는 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 출력 전류에 기초하여, 상기 무선 전송 전력을 연산하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 풀 브릿지부에 입력되는 입력 전압을 검출하는 입력 전압 검출부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 검출되는 입력 전압의 레벨에 따라, 상기 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    외부의 무선 전력 수신 장치로부터 출력되는 무선 전송 전력 정보 또는 목표 전력 정보를 수신하는 통신부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  11. 코일;
    복수 레벨의 전원을 출력하는 외부의 파워 공급장치로부터 입력되는 제1 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하여 교류 전원을 상기 코일에 출력하는 풀 브릿지부;
    상기 풀 브릿지부에 스위칭 제어 신호를 출력하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 소정치 이상인 경우, 상기 풀 브릿지부에 입력되는 스위칭 제어 신호의 스위칭 주파수 또는 듀티 중 적어도 하나를 가변하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 상기 소정치 이상인 경우, 상기 파워 공급장치로, 제2 레벨의 전압 요청을 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 신호의 스위칭 주기 또는 듀티 중 가변 이후에도, 상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력과 목표 전력과의 차이가 상기 소정치 이상인 경우, 상기 파워 공급장치로부터 상기 제1 레벨 보다 높은 제2 레벨의 전원을 수신하고,
    상기 풀 브릿지부는, 상기 제2 레벨의 전원에 기초한 스위칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 상기 풀 브릿지부에 출력하며,
    상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 이하인 경우, 상기 제1 스위칭 주파수 보다 높은 제2 스위칭 주파수 또는 상기 제1 듀티 보다 큰 제2 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 상기 풀 브릿지부에 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 스위칭 주파수와 제1 듀티에 기초한 제1 스위칭 제어 신호를 상기 풀 브릿지부에 출력하며,
    상기 코일을 통해 외부로 출력되는 무선 전송 전력이 목표 전력 초과인 경우, 상기 제1 스위칭 주파수 보다 낮은 제3 스위칭 주파수 또는 상기 제1 듀티 보다 낮은 제3 듀티에 기초한 제2 스위칭 제어 신호를 상기 풀 브릿지부에 출력하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 무선 전력 전송 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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